電子稱設(shè)計與制作課件

學(xué)習(xí)情境22主要內(nèi)容設(shè)計要求1仿真設(shè)計2軟件設(shè)計3實物制作4設(shè)計步驟12354任務(wù)分析確定方案仿真設(shè)計軟件設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試6實物制作置零：在開機或稱重過程中，儀表顯示偏離零點且在稱重范圍內(nèi)，則可按[置零]鍵，顯示零值并零點指示燈亮。去皮：在稱重顯示狀態(tài)下，按[去皮]鍵，則顯示零值并去皮指示燈亮；在去皮狀態(tài)下，拿掉皮重物時按[去皮]鍵，可以清除皮重值。標定功能：為保證儀器預(yù)定精度的可靠性和合法性，儀器必須定期校準，為用戶提供一種方便的自動校準方式。電子秤的組成

1．電子秤的基本結(jié)構(gòu)電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電子秤均由以下三部分組成：圖2-1電子秤的基本結(jié)構(gòu)（1）承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機構(gòu)等。電子秤的組成對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要??；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。電子秤的組成(3)測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補嘗元件、保護線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。圖2電子秤測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖電子秤的計量性能電子秤的計量性能涉及的主要技術(shù)指標有：量程、分度值、分度數(shù)、準確度等級等。（1）量程：電子衡器的最大稱量Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。（2）分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用e或d來表示。（3）分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。電子衡器的最大稱量Max可以用總分度數(shù)n與分度值d的乘積來表示，即Max=n?d準確度等級國際法制計量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類等級，分別對應(yīng)不同準確度的電子秤和分度數(shù)n的范圍，如下表2-2所示：電子秤主要部件

稱重傳感器稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。通常稱重傳感器產(chǎn)生的誤差約占電子秤整機誤差的50%~70%。若在環(huán)境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱），傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在人們設(shè)計電子秤時，正確地選用稱重傳感器非常重要。①電阻應(yīng)變式稱重傳感器是把電阻應(yīng)變計粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當?shù)姆绞浇M成電橋，將力（重量）轉(zhuǎn)換成電信號的轉(zhuǎn)換元件。②電容式稱重傳感器是把被稱物體的重量轉(zhuǎn)換為電容器容量變化的一種傳感器，它以各種不同類型的電容量作為轉(zhuǎn)換元件，實際是一個具有可變參數(shù)的電容器。由于電容式傳感器存在輸出特性的非線性，寄生電容、分布電容對靈敏度和稱重精度的影響，傳感器連接電路比較復(fù)雜等問題，直接影響到它的可靠性，所以限制了它的應(yīng)用。

③壓磁式稱重傳感器也稱磁彈性傳感器，它是一種力—電轉(zhuǎn)換的無源傳感器。它的工作原理是利用壓磁效應(yīng)，將被稱重量的變化轉(zhuǎn)換成傳感器導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁率變化并輸出電信號。壓磁傳感器具有輸出信號大，抗干擾性能好，承載能力強，不均勻載荷對測量準確度的影響小，能在惡劣的環(huán)境中工作，結(jié)構(gòu)簡單便于加工等優(yōu)點；缺點是準確度低，反應(yīng)速度慢。它常用于冶金、礦山、運輸?shù)裙I(yè)部門的這種要求承受大噸位，并要求牢固可靠；安全報警等測力或稱重場合。

電阻應(yīng)變式稱重傳感器電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個主要部分，一個是彈性敏感元件，利用它可以將測得的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個是電阻應(yīng)變計，它作為傳感元件將彈性體的應(yīng)變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。

在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，通過橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理框圖如圖3所示。圖2-3電阻應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理框圖圖4橋式測量電路電阻應(yīng)變式稱重傳感器的橋式測量電路如圖4所示。R1、R2、R3、R4為4個應(yīng)變片電阻，組成了橋式測量電路，Rm為溫度補償電阻，e為激勵電壓，V為輸出電壓。電橋的輸出電壓和4個橋臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，4個應(yīng)變片分別貼在彈性梁的4個敏感部位，傳感器受力作用后發(fā)生變形。在力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值增大，R1、R3為正值，R2、R4被壓縮，阻值減小，R2、R4為負值，再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對值相同，即

A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）在實際的測量和控制系統(tǒng)中檢測到的是時間、數(shù)值都連續(xù)變化的物理量，這種連續(xù)變化的物理量稱之為模擬量，與此對應(yīng)的電信號是模擬電信號。模擬量要輸入到單片機中進行處理，首先要經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機才能接收、處理。實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的部件稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和電子計算機技術(shù)在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為滿足各種不同的檢測及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換電路不斷產(chǎn)生。目前世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的積分型、并行、逐次逼近型ADC，壓頻變換型ADC，也有近年來發(fā)展起來的△－∑型和流水線型。多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點并能滿足不同的具體要求。低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的發(fā)展方向。此外，其內(nèi)置高性能儀表放大器，大大降低對信號源的要求。電子秤電阻應(yīng)變式稱重傳感器輸出信號為mV級，若采用一般的A/D轉(zhuǎn)換器往往需要放大后才能進行A/D轉(zhuǎn)換。而△－∑A/D轉(zhuǎn)換器大都采用了增益可編程放大器，可編程數(shù)字濾波、多種自校準技術(shù)等多項先進技術(shù)，并多數(shù)采用微處理器來管理與控制轉(zhuǎn)換程序，由于采用了多種綜合技術(shù)措施，放大器的增益調(diào)整、數(shù)字濾波和誤差校正都集中在同一芯片中，外圍器件少，使用方便可靠。它的這些優(yōu)點正符合電子秤正朝著小型化，高精度，智能化方向發(fā)展。因此，電子秤的設(shè)計選用△－∑模數(shù)轉(zhuǎn)換器較為合理。任務(wù)分析學(xué)習(xí)要求：在這一環(huán)節(jié)學(xué)生分組并結(jié)合引導(dǎo)問題查閱資料、到企業(yè)調(diào)研，在充分了解電子秤的種類、電子秤的用途、電子秤的結(jié)構(gòu)、主要功能和技術(shù)指標，確定本次設(shè)計的電子秤的用途，完成任務(wù)分析表、填寫過程記錄表。引導(dǎo)問題:（1）生活中哪些場合用到電子秤？（2）常用的電子秤的種類有哪些？（3）所了解的電子秤企業(yè)有哪幾家？生產(chǎn)什么樣的電子秤？有什么用途？（4）所了解的電子秤有哪些功能？其具體含義是什么？（5）準備設(shè)計與制作哪一種類型的電子秤？用途？有沒有特殊功能？（6）待設(shè)計電子秤對精度有什么要求？精度的概念是什么？（7）待設(shè)計電子秤的量程范圍是多少？（8）待設(shè)計電子秤選擇多少分度數(shù)？（9）電子秤的分度值的含義是什么？（10）電子秤是如何工作的？（11）對電子秤的國家標準了解嗎？

表2－2電子秤設(shè)計與制作任務(wù)分析表項目名稱班級小組編號完成時間產(chǎn)品用途詳細功能描述技術(shù)指標描述安裝要求成本要求檢測標準設(shè)計者在過程記錄表中詳細記錄自己為確定電子秤的具體功能和指標而所做的努力，包括根據(jù)引導(dǎo)問題準備要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，以及隨著對電子秤的了解進一步要學(xué)習(xí)的內(nèi)容；完成這些學(xué)習(xí)內(nèi)容所用的時間與方法；在收獲一欄中詳細說明自己所獲得的有關(guān)電子秤專業(yè)方面的知識和其它能力的提高。填寫學(xué)習(xí)過程記錄卡。學(xué)習(xí)過程記錄單學(xué)習(xí)項目學(xué)習(xí)任務(wù)名稱班級小組負責(zé)開始時間計劃完成時間實際完成時間學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)記錄學(xué)習(xí)時間學(xué)習(xí)方法、地點完成情況存在問題及建議確定的設(shè)計方案通過引導(dǎo)問題的學(xué)習(xí)，以及資料收集、企業(yè)調(diào)研和實習(xí)，進行方案編寫，要求，如實填寫過程記錄卡。設(shè)計方案的包含以下內(nèi)容：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）元器件選型（3）電子秤測試標準（4）工作進度安排引導(dǎo)問題：1.電子秤由哪幾部分